Elektrodynamik

Elektrodynamik, wichtige physikalische Teildisziplin, die sich – einfach ausgedrückt – mit elektrischen Ladungen sowie den aus ihnen resultierenden elektrischen und magnetischen Feldern beschäftigt. Die Elektrodynamik bildet die Grundlage für unsere heutige technisierte Welt.

Elektrische und magnetische Felder manifestieren sich durch Kräfte, die sie auf geladene Teilchen ausüben. So erfährt ein Teilchen mit der elektrischen Ladung Q eine der Stärke des elektrischen Feldes proportionale Kraft:

Die Pfeile auf den Größen deuten dabei an, dass es sich um vektorielle Größen handelt, d. h. sie haben nicht nur einen Betrag, sondern auch eine Richtung. Im Fall einer elektrischen Ladung in einem elektrischen Feld wirkt die Kraft in Richtung des Feldes. In einem Magnetfeld

wirkt eine Kraft nur auf bewegte Ladungsträger und zwar senkrecht zur Ebene, die aus der Flug- und der Magnetfeldrichtung aufgespannt wird. Mathematisch wird dieser Sachverhalt durch das so genannte Vektorprodukt ausgedrückt:

Elektrische Ladungen und die elektrischen und magnetischen Felder haben u. a. folgende weitere Eigenschaften:

• 1.) Es gibt zwei Arten von elektrischen Ladungen, positive und negative, die sich gegenseitig aufheben.
• 2.) Es gibt keine magnetischen Ladungen.
• 3.) Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
• 4.) Elektrische Ladung, ob positiv oder negativ, gibt es nur als ganzzahliges Vielfaches der so genannten Elementarladung: e = 1,602 × 10^-19 Coulomb (Coulomb = Ampèresekunde, abgekürzt AS oder C). Siehe auch elektrische Einheiten
• 5.) Die Kraft zwischen einem negativ geladenem Elektron und einem positiv geladenem Proton ist 10⁴⁰-mal größer als die Schwerkraft zwischen ihnen. Das heißt die Gravitation ist vergleichsweise schwach.
• 6.) Ein elektrisches Feld wird durch eine elektrische Ladung erzeugt. Dabei zeigt die Richtung des Feldes radialsymmetrisch nach außen und ihre Stärke nimmt mit dem Abstand zur Ladung quadratisch ab.
• 7.) Genauso wie ein Magnetfeld nur auf bewegte Ladungsträger wirkt, kann ein Magnetfeld nur durch bewegte Ladungsträger erzeugt werden. Zum Beispiel erzeugen Elektronen, welche durch eine elektrische Leitung fließen, ein Magnetfeld, dessen Feldlinien tangential auf dem – ebenfalls durch die Elektronen erzeugten – elektrischen Feld stehen. Das heißt insbesondere, dass ein Magnetfeld keinen Anfang und kein Ende hat, sondern Magnetfeldlinien immer in sich geschlossen sind.

Ob sich ein Ladungsträger bewegt oder nicht, hängt natürlich vom Beobachter ab. Daher spielt die spezielle Relativitätstheorie (siehe Relativitätstheorie) in der Elektrodynamik eine große Rolle.